運用5E教學模式進行科學解釋教學的實踐
——以“現代生物進化理論的由來”一節為例*

盧鎮岳 謝 旼

（1廣州市教育研究院 廣東廣州 510030 2廣州市南武中學 廣東廣州 510220）

1 教學目標

本節課為高一年級新授課。采用“5E”教學模式，通過吸引→探究→解釋→拓展→評價等環節，讓學生了解生物進化理論的歷史，明確科學解釋的3個基本特征：與已知事實相符、能作出預測且預測可被驗證。在處理不同學者觀點、生物學事實和證據的過程中，促使學生從被動學習向主動學習轉變，嘗試培養學生理性思維能力及判斷問題的思維習慣。

2 課前準備

學生課前討論“科學解釋的基本特征（3個左右）”，紙筆記錄。教師分類統計，了解學生對此內容背景知識的認識狀況。

3 教學過程

3.1 吸引（engage）

本環節的基本目標：引起學生對生物多樣性和統一性形成原因的興趣和求知欲望。

教師用課件展示必修1教材“細胞的多樣性和統一性”內容，引導學生回顧細胞多樣性和統一性的概念。通過扼要的講解讓學生完成從細胞的多樣性和統一性到生物多樣性和統一性的知識遷移，并提問：人們對于生物多樣性、統一性的形成是如何解釋的？

學生完成知識遷移，思考教師的提問。

3.2 探究（explore）

本環節的基本目標：讓學生分析不同時期學者對生物多樣性、統一性形成的解釋，在此過程訓練理性思維的運用，逐漸了解科學解釋的特征，以及如何用這些特征評價學者的觀點。

3.2.1 學生閱讀材料1，分析學者的觀點，思考科學解釋的特征

材料1：引自古希臘的恩培多克勒（公元前500—430年）的觀點。

“地球上，曾經有許多額部在沒有脖子的情況下突然登場，手臂無需肩膀牽絆、自行閑逛，眼睛孤獨流浪，留得額頭和四肢獨自游蕩。

這些東西經過一次次的偶然逐漸湊為一體，在此基礎上其他東西漸次增替，出現了擁有無數只手的生物，其步伐如車輪滾動。身體兩側都有胸部和臉的生物被創造出來，后代中還出現了上半身為人下半身為畜的，或者人頭獸身的生物，還有擁有毛茸茸四肢的雌雄同體的生物?！?/p>

教師用PPT展示材料中描繪的幾個古希臘神話中的角色，提問：“恩培多克勒是如何解釋生物的多樣性和統一性的？”

學生回答舉例：“恩培多克勒把生物的形成類比成元件的組合，不同的元件用不同方式構成了不同生命?！?/p>

教師進一步提問這個解釋科學嗎？科學解釋應具備哪些基本特征？并展示課前搜集的學生關于科學解釋的觀點，通過討論和師生交流，教師進行歸納，在黑板上板書：“科學解釋的基本特征”——與已知事實相符；對未知事件作出預測；預測是可驗證的。

教師提問：恩培多克勒的觀點是否能滿足科學解釋的特征？

學生回答舉例：不能，第1點已經不符合，那些神話中的生物在自然界中并不存在。

教師給出對科學解釋3個特征的層次關系的說明，如果第1層次就不符合（與已知事實不符），則無需繼續探討后2項了，3項之間是一種邏輯遞進的關系，并引導學生閱讀分析第2段材料。

3.2.2 學生閱讀材料2，分析學者的觀點，嘗試運用科學解釋的特征判斷觀點

材料2：19世紀博物學家讓·巴蒂斯特·拉馬克（1744—1829）的文章。

“我將表明，當意志指揮著一只動物采取某種行動時，執行該行動的器官會立即受到微量的、某種液體的刺激，這成為了決定行動的因素。

因此隨之而來的是，這些有組織的活動的增強、延伸和發展得以大量重復，甚至創造出了完成這些活動所需的器官。我們只需認真觀察在我們周邊發生的一切，便會深信，這就是器官得以發展和改變的原因。

如今，經習慣性地反復使用而導致器官出現的改變，會通過繁殖下一代而被保留。如果這個變化對于某種在一起繁衍后代的物種個體是普遍存在的，則在相同環境中，這種改變會傳遞給后續的個體，后續的個體無需再像一開始那樣（大量重復活動的方式）重新獲得這些改變。

自然界漸次創造了所有動物物種，從不完美、簡單的到最完美的，漸漸創造了越發復雜的組織結構。這些動物在全球各種生境繁衍，就如我們觀察到的，這些生物從它們的環境中習得了與之相應的、經修飾的結構和習性。

第2個結論是我自己的總結：假定動物的習性受環境的影響。動物的部分或總體上的習性、結構和組織器官都在不斷被修飾，這種修飾甚至是巨大的。而出現這些修飾的原因都可以通過所有動物所在的環境條件得以解釋。

生活習性、生活方式以及環境中所有其他的影響，都在一定程度上促進了動物體型和各個部分的形成。隨著新的體型的出現，動物也獲得了新的能力，漸漸地，大自然成功地改造了動物，使它們成為我們現在所看到的樣子?！?/p>

學生分組閱讀材料，分組討論，完成表1。

表1 拉馬克解釋的科學性分析表

3.3 解釋（explain）

本環節的基本目標：承接上一環節，通過教師和學生的互動過程，讓學生理解科學解釋的特征，并能明確什么是科學的解釋。

教師提問：拉馬克是如何解釋生命的多樣性和統一性的形成的？該解釋是否符合科學解釋的特征。

學生回答舉例：“環境引起動物的行動意志，意志通過某種刺激指揮器官，器官在反復刺激之后會增強發展，而這種增強發展能通過繁衍傳遞給后代?！薄斑@個解釋符合拉馬克所知道的事實，能作出預測，而且預測可驗證，比如反復舉重物，肌肉變發達，發達的肌肉可以傳遞給后代，通過觀察親代和子代的肌肉發達的情況就可驗證?！?/p>

教師追問：“這個與我們知道的事實相符嗎？”學生共同回答：“不相符?！?/p>

教師總結：科學的解釋要和提出者所知的事實相符，并且能提出可以被驗證的關于可能事件的預測，若被最新證據證實是錯的，這個解釋就需要調整發展，但這個不影響原來解釋的科學性。同時補充板書拉馬克部分內容，扼要歸納拉馬克“用進廢退”和“獲得性遺傳”的基本觀點。

3.4 精致（elaborate）

本環節的基本目標：學生閱讀材料3，分析學者的觀點，進一步提升運用科學解釋的特征判斷觀點的基本過程。承接前面的環節，讓學生明確科學家接受達爾文進化學說的最重要原因是其解釋的科學性，以及能經得起實證的檢驗，并明確指出，隨著科學家不斷發現更多的事實，很多過去不完善的理論會被進一步完善，科學發現是一個永無止境的過程。

材料3：查爾斯·達爾文的文章（1809—1882）。

“由于每個個體都需要在生存斗爭中努力獲取生存資源，任何細微的變異，無論是結構、習性還是本能上的，只要有利于個體適應新的環境，就是對個體的活力和健康的合理解釋。至此，這難道還需要懷疑嗎？在生存斗爭中，擁有這些變異的個體有更好的機會能生存下來，而它們的后代繼承了這些變異，即使是很細小的，但也擁有更好的生存機會。經年累月，能存活下來的便能繼續繁衍，從長遠來看，即使是平衡的輕微改變，也會導致一些變異因死亡而減少，或因存活而增加。一方面是對生存的選擇，另一方面是對死亡的淘汰，還記得在短短數年間，Bakewell（18世紀英國農學家）對牛和Western對綿羊的培育的結果嗎？千百代之后，誰還能自欺地堅持這一模一樣的選擇原理不會在自然界產生任何效果？

假如有一群主要捕食兔子、但有時也捕食野兔（大型的兔子）的犬科動物，讓其組織器官發生輕微的變化（變異），讓這個變化使被捕食者兔子的數量慢慢下降并讓野兔數量增加。這將驅使狐貍和狗去捕獵更多的野兔。然而，它（狐貍或狗）的組織（身體結構）也輕微地發生了改變，那些具有最輕盈的體格、最長的四肢、最好視力的個體，即使差異是如此地細微，也會獲得輕微的優勢。這些個體會活得更久，并在食物稀缺的年月存活下來，也會養育更多能繼承這些細微變化的后代。而那些沒有那么敏捷的個體會被無情地摧毀。毫無疑問，千百代之后這會產生矚目的效果，即使與經人工精心繁育的靈緹犬（世界上奔跑速度最快的犬）相比，狐貍或狗的體格也能更好地適應于捕獵野兔而不是兔子。同樣情況下，植物也將是如此?！?/p>

學生：分組閱讀材料，分組討論，完成表2。

表2 達爾文解釋的科學性分析表

教師提問：達爾文的學說是否符合科學解釋的3個基本特征？

學生回答舉例：“符合，達爾文的解釋與已知事實是相符的，根據他的解釋可以預測生物與生物、或者生物與環境之間應該存在著相互適應，而且這種現象是可以通關觀察進行驗證的。”

教師一邊肯定學生的回答，一邊補充板書，扼要歸納達爾文自然選擇學生的基本觀點。

教師請學生進一步思考討論：為什么今天大多數的科學家接受達爾文對于多樣性、統一性的解釋？在多樣性和統一性的哪些方面達爾文未能作出完滿的解釋？教師引導學生自主閱讀教材中的相關內容，讓學生明確科學理論發展過程的基本規律，了解科學解釋的提出和實證過程是科學探究的2個最為重要的因素。

3.5 評價（evaluate）

本環節的基本目標：布置任務讓學生運用科學解釋特征分析此前已經學過的孟德爾的學說，由此，對學生本節課學習的總體效果進行評價。

作為課后作業，讓學生分析孟德爾通過假說—演繹法提出其遺傳規律的過程中，哪些方面體現了科學解釋的基本特征，并寫在材料4的分析表格中（表3）。

表3 孟德爾假說的科學性分析表

教師通過學生之間的互評交流，以及批改作業和作業反饋完成本教學過程的學生評價環節。

4 板書設計（表4）

表4 現代生物進化理論的由來

5 運用5E教學模式進行科學解釋教學的討論

在給學生的材料中，每頁的頁腳部分會印有一行小字“我們往往記住了許多正確的知識，卻沒想過這些知識為什么是正確的”。這是本節課的核心思想。

傳統教學重在對知識的落實，能力落實也往往拘泥于解題能力，而這都忽略了讓學生理解科學本質的一些教學過程。教師不但應讓學生記住正確的科學發現和結論，更應讓學生真正理解科學的正確性的本質，即不僅讓學生知道正確的知識，還應引導學生思考為什么這些知識是正確的，通過培養這種思考能力，學生可進一步分析哪些觀點或陳述是錯誤的，還有哪些是無法進行科學判斷正誤的，有些問題屬于價值取向，需要科學以外的因素進行判斷。

本節教學實踐采用5E教學模式，借用了BSCS提供的課堂活動素材，結合中國學生和課程標準的特點，對素材進行了編譯，提高了材料的可讀性，并通過一些課堂手段彌補學生文化背景上的不足，通過這些舉措鋪平學生思考的道路。而這個過程是漫長且比較艱辛的，簡單告訴學生很容易，但要筑好臺階，讓學生樂意且可以登上高臺則不是一件容易的事。